Łączenie włókienświatłowodowych

•Złączki 0,2 – 1 dB•Spawy mechaniczne 0,05 – 0,2 dB•Spawanie 0,05 – 0,1 dB

Złączki – zasada działania i schemat budowy

Prosta złączkaświatłowodowa, z otworkiemdla cieczy immersyjnej

Konstrukcja współczesnej złączkiświatłowodowej, z ferrulą ustalającąpołożenie światłowodów

ObudowaNakrętka sprzęgającaPierścień oporowyTuleja zaciskowa

Osłona kablaNasuwka ochronnaFerrula ceramiczna

ŁącznikTuleja

Tulejapasująca

Tuleja

Światłowód

Złączka światłowodowa

Złączka światłowodowa łączy dwa włókna tak, że światłomoże przechodzić z jednego do drugiego. Jest ona jednym znajważniejszych elementów traktu światłowodowego.

Podstawowe wymagania konstrukcji złączki:• minimalizacja strat i odbić.• realizacja połączenia stabilnego mechanicznie i optycznie.

Straty typowych złączek zawierają się w granicach od 0.25do 1.5dB.

Wybór złączki światłowodowejWybierając złączkę projektant systemu powinien uwzględnić• typ włókna,• wymaganą jakość optyczną,• środowisko pracy,• sposób instalacji i utrzymania systemu oraz• koszty.

Przy rozbudowie lub modyfikacji systemu należy wziąć poduwagę

• zagadnienia kompatybilności wstecznej.

Klasyfikacja/selekcja złączek światłowodowych

Procedura wyboru powinna uwzględniać następujące czynniki:

1. Typ kontaktu włókien (NC, PC, SPC, APC)

2. Sposób bazowania światłowodów

3. Rodzaj złączki (n.p., SMA, Biconic, ST, FC, SC, DIN, itd.)

4. Technologię wykonania (n.p., żywica

termoutwardzalna/polerowanie, techn. bezklejowa, itd.)

5. Rodzaj materiału (n.p. materiał ferruli i obudowy)

Typ kontaktu włókien. Kształt czoła ferruli i światłowodu

Szczelina powietrzna.NC - Non Contact

Kontakt fizyczny,płaski. Flat PC

PC

APC

Stratywłasne [dB]

Tłumiennośćodbiciowa [dB]

0.5 - 2 15 - 25

Nie zalecane do zastosowań laserowych

0.2 - 1 30 - 35SPC >40

>60

Pochylenie ~ 8°

Sposób bazowania złączekZłącza kluczowane i niekluczowaneKeyed and non-keyed connectorsInne tłumaczenia: zatrzaskowe, klinowane, strojone

• Złączki bez zatrzasku charakteryzuje duży rozrzut stratwłasnych, ponieważ włókno znajduje się w innej pozycji(względem osi) przy każdym połączeniu.

• Złączki z zatrzaskiem przy każdym połączeniu znajdują w tejsamej pozycji. W ten sposób poprawia się parametry izmniejsza ich rozrzut.

Dodatkowo, w konstrukcjach współczesnych, wyróżnia sięzłącza strojone i niestrojone

Zlaczki swiatlowodowe - standard TIA-604-XX

Złączki FOCIS(Fiber Optic Connector Intermateability Standard)

Biconic: FOCIS 1ST: FOCIS 2S.C.: FOCIS 3FC: FOCIS 4MTP®/MPO: FOCIS 5Panduit FJ: FOCIS 63M Volition: FOCIS 7Mini-MAC: FOCIS 8 (Wycofany)Mini MPO: FOCIS 9 (Wycofany)Lucent LC: FOCIS 10Siecor SCDC/SCQC: FOCIS 11:(jeszcze nie zatwierdzony)Siecor/Amp MT-RJ: FOCIS 12:MF: FOCIS 15LSH (LX-5): FOCIS 16

Zlaczka MU nie poosiada na razie standardu FOCIS.

Wybrane złączki światłowodowe dlastandardowych światłowodów szklanych

SMA 905 DIN 47256

D-4SMA 906

FC, FC/PC

ST

Biconic

SC

HMS-10/HP

Diamond FDDI

Złącze SMA

SMA 905SMA 906

• Pierwszy znormalizowany konektor światłowodowy

• Opracowany w firmie Amphenol jako adaptacja popularnegozłącza mikrofalowego

• Złącze niekluczowane, gwintowane, światłowody nie kontaktująsię (polerowane płasko), wielomodowe

• Dwa typy: 905 - ferrula prosta, 906 ferrula skokowa(preferowana, większa precyzja)

• Najnowsza wersja - FSMA, spotykana w systemach militarnych,pomiarowych i starszych sieciowych

Złącze „BICONIC”

Biconic

• Opracowany przez AT&T dla telekomunikacji

• Włókna w kontakcie, dociskane przez sprężynki

• Podstawowy problem to zachowanie długości stożka wprocesie wykonania złączki

• Duży rozrzut tłumienności 0,3 - 2 dB, tłumienność odbiciowa15 - 30dB

Złącze ST - PC

ST

• Opracowane przez AT&T jako następca złącza Biconic

• Łączenie bagnetowe (podobnie jak w złączu BNC)

• Złącze zatrzaskowe, dające lepszą powtarzalność połączeń

• Prosta ferrula wykonana z polimeru, ceramiki, brązufosforowego, miedzi, węglika wolframu - parametry złączazależą od materiału

• Powtarzalny docisk określony przez sprężynki (długość ferruli iczas polerowania nie są tak krytyczne jak w złączu Biconic)

• Tanie złącza ST są wrażliwe na wibracje

Złącze D4

D-4

• Opracowanie przez NEC (Japonia)

• Ferrula 2mm

• Poprzednik złącza FC-PC, gorsza izolacja mechaniczna

• Spotykana wyłącznie w sprzęcie telekomunikacyjnymdostarczanym przez NEC

Złącze FC i FC/PC

FC, FC/PC

• Opracowane przez NTT (Japonia) jako następca złącza D3.

• Łączenie gwintowane, konstrukcja mechaniczna zapewniadobrą mechaniczną izolację ferruli i światłowodu od płytymocującej i kabla

• Bardzo dobra powtarzalność parametrów

• Wewnętrzna sprężynka kontroluje docisk światłowodów

• Dostępna wersja APC dla zastosowań wymagającychmałych tłumienności odbiciowych

• Jedna z najlepszych dostępnych konstrukcji

Złączka DIN 47256 (DIN-PC)

DIN 47256

• Opracowanie Siemens dla zastosowań telekomunikacyjnych

• Norma niemiecka (DIN) i europejska (IEC)

• Połączenie gwintowane

• Jakość podobna do FC-PC

• Posiada wersje standardową, militarną-lotniczą i back-plane

• Najmniejsza wśród typowych złączek telekomunikacyjnych

Złączka SC-PC

SC

• Opracowanie NTT

• Połączenie zatrzaskowe „na wcisk”

• Prostokątny przekrój poprzeczny umożliwia gęste upakowaniena panelu

• Konstrukcja plastikowa (za wyjątkiem ferruli i sprężynkidociskowej)

• Posiada standardy ISO i IEC

• Istnieje wersja APC

Materiały

Jakość złączki określona jest w znacznej mierze przez dobórmateriału ferruli i tulei łączącej

Ferrula:

• łącza wysokiej jakości:ceramika alundowa (100-200połączeń) ceramika cyrkonowa (200 połączeń), węglikwolframu (ponad 1000 połączeń)

• łącza średniej i niskiej jakości: polimery, mosiądz, stalnierdzewna,

Tuleja łącząca: polimery, ceramika, ceramika cyrkonowa,brąz fosforowy, miedź, węglik wolframu

Technologia wykonania złączki

1. Złączki klejone przy pomocy żywic epoksydowychutwardzanych na gorąco

2. Złączki klejone technologią HotMelt (3M)

3. Złączki wstępnie zarabiane - bez kleju, bez polerowania(UniCam®, LithtCrimp+ - AMP)

4. Złączki zaciskane - technika bez kleju (np. LightCrimp -AMP)

Technologia złączki - złącza zaciskane

Pomiar i parametry złącza PC i APC

Definicje podstawowych parammetrów:

1. Promień krzywizny - krzywizna sfery uformowanej naferruli

2. Wysokość włókna (podcięcie - undercut, nadmiar -protrusion) - odległość na jaką włókno wystaje lub jestzagłębione w ferruli

3. Przesunięcie wierzchołka (Apex offset, offset of the polish,vertex eccentricity) - odległość od najwyższego punktu popolerowaniu do środka włókna

Przesunięcie - ilustracja

Ferrula

Środekpolerowania

Środekwłókna

Włókno

Środeksfery

α

Przesunięciekątowe

Wysokość włókna - ilustracja

podcięcie

wysokość płaskaplanar heightferrula

polerowanejzłączki

ferrulapolerowanej

złączki

wysokość kulistaspherical height

podcięcie

Quality Control Report, part. 1

Quality Control Report, part. 2

Typowe parametry złącza

PC Telcordia PC IEC APC Telcorcia/IEC

Pr. Krzyw. 7 - 25mm 1 - 25mm 5/12mm

Przes. Wierzch.<50µm <50µm <50µm

Nadmiar 0,05µm 0,10µm 0,10µm

Podcięcie U=0,02R3+1,3R2-31R+325 0,10µm

Nowe technologie i konstrukcje złączekświatłowodowych

Nowe technologie i rozwiązania konstrukcyjne złączekpojawiają się jako wynik zapotrzebowania na połączeniao większej gęstości upakowania (mniejszy wymiarpoprzeczny) i niższej cenie. Zwraca się również uwagęna zwiększenie szybkości wytwarzania złączek.

Pożądana jest również zgodność z istniejącymitechnologiami światłowodowymi i sieciowymi. Wyraźniemożna zauważyć tendencję do opierania się nastandardzie złącza RJ-45

(Prezentowane rozwiązania określane są jakoSmall Form Factor (SFF) Connectors)

Small Form Factor (SFF) connectors

Porównaniewielkości złączkiFC i LC (SFF)

Różne złączki SFF,od lewej doprawej:SC-DC, LC, MT-RJ, Duplex SC ,Volition, Opti-Jack

„Spawy mechaniczne”

1. Elastomeric Lab Splice.Umożliwia setki połączeń

2. 3M Fibrlok. il <0.2dB, fr >7.75 lbs. orl -35dB. V-groove- bez żywicy epoks. Stabilność termiczna -400C to 800C.

3. AMP Corelink. sl 0.15dB dlawłókna 125um

4. Siemon Ultra Splice. sl -0.2dB, fr > 2 lbs

5. Corning Cable SystemCAM Splice. 0.5dB

il - insertion loss, fr - fiber retention, orl - optical return loss,

Spawanie światłowodów

Spawanie – podstawowa metoda trwałego łączenia

światłowodów.

Jakość spawów określają:

• tłumienność własna

• wytrzymałość mechaniczna na rozciąganie

Tłumienność spawu

Tłumienność spawu określona jest przez czynniki

• wewnętrzne (określone jakością światłowodu, związane zwytwórcą światłowodu, użytkownik nie ma wpływu napowstałe straty)

• zewnętrzne (związane z jakością procesu spawania, mogąbyć minimalizowane przez dobór sprzętu i kontrolęprocesu)

Wewnętrzne czynniki tłumienia – gradientowewłókna wielomodowe

1. niedopasowanie średnicy rdzenia

2. niedopasowanie apertury numerycznej

3. niedopasowanie profilu współczynnika załamania

4. błędy koncentryczności rdzenia względem płaszcza (błądkoncentryczności może być kompensowany w spawarcezgrywającej światłowody względem średnicy rdzenia)

Tłumienie światłowodów MM jest kierunkowe względempowyższych czynników, to znaczy tłumienie wystąpi tylkoprzy transmisji z włókna o większej średnicy rdzenia domniejszej, większej NA do mniejszej.

Czynniki są addytywne

Wpływ niedopasowania NA i średnicy rdzeni natłumienie spawu włókien MM (teoria)

Wewnętrzne czynniki tłumienia – standardowewłókna jednomodowe

Podstawową przyczyną tłumienia jest niedopasowanieśrednicy pola modów (MFD) łączonych włókien.

Straty są bezkierunkowe (takie same dla obu kierunkówpropagacji)

Dla włókien spełniających wymogi normy straty wywołaneniedopasowaniem MFD są niewielkie (< 0,04dB)

Wpływ niedopasowania MFD na tłumienie spawuwłókien SM (teoria)

Spawanie w łuku elektrycznym - etapy

uchwyty pozycjonujące

1

2

3

4

justowanie światłowodów

wygrzewanie wstępne

spawanie właściwe

odprężanie spawu

Procedura spawania kabli światłowodowych

1. Identyfikację światłowodów w kablu i wybór łączonych par

2. Zdjęcie pokryć ochronnych z kabla (przygotowanie i rozwinięcie

odpowiednich długości kabla i swobodnych światłowodów; przygotowanie

zapasu światłowodu na wypadek konieczności poprawienia spawu)

3. Zdjęcie pokryć ochronnych ze światłowodów (metoda mechaniczna, termiczna

lub chemiczna; mechanicznie nie więcej niż 5cm jednorazowo)

3. Przygotowanie powierzchni czołowych światłowodów (maksymalne

dopuszczalne pochylenie czoła światłowodu 2°, dobrej jakości obcinaczki 0,5°)

4. Justowanie i połączenie światłowodów

5. Zabezpieczenie wykonanego złącza

Zgrywanie światłowodów

• Metoda ręczna – po zbliżeniu światłowodów ustalenie położenia

światłowodów w kierunku poprzecznym

• Metody automatyczne:

• kontrola mocy transmitowanej z wykorzystaniem źródła i detektora

(niezbędny dostęp do obu końców światłowodu)

• pomiar za pomocą reflektometru optycznego

• pomiar metodą LID (Local injection and detection)

• dopasowanie na podstawie profilu (rdzenia lub płaszcza, obraz wideo lub

„gorący” obraz )

• dopasowanie pasywne wg. położenia V-rowków (dokładność zależy od

koncentryczności rdzenia i płaszcza)

Spawanie w łuku elektrycznym

• Czyszczenie włókien – jeden lub kilka impulsów prądowych w celu usunięcia

zanieczyszczeń, głównie resztek pokrycia pierwotnego

• Wygrzewanie wstępne – końce włókien zmiękczane przed właściwym

spawaniem, ustalenie temperatury dla procesu spawania właściwego. zbyt

wysoka temperatura powoduje zmianę geometrii i „płynięcie” światłowodu.

Zbyt niska temperatura powoduje spęcznianie światłowodu w obszarze

spawu.

• Spawanie właściwe – parametry: prąd wyładowania, czas, szczelina (gap),

przekrycie (overlap)

Po zakończeniu spawania spaw należy natychmiast zabezpieczyć

Błędy spawania

• Bąble w obszarze spawu. Przyczyna: zabrudzenia. Rozwiązanie: oczyścić

spaw, skrócić procedurę przygotowania spawu

• Uskoki. Przyczyna: niedopasowanie poprzeczne światłowodów, zabrudzone

V-rowki.

• Spęcznienie. Przyczyna: zbyt silny docisk wstępny

• Szczeliny, niekompletne spawy. Przyczyna: niewłaściwe cięcie, pochylone

powierzchnie czołowe światłowodu.

• Przewężenia. Przyczyna: zbyt słaby (brak) docisku wstępnego, zbyt wysoka

temperatura spawania.